JP2011231682A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール含有燃料を使用した内燃機関において、排気ガスセンサに非対称異常が発生した場合であっても、エミッション特性の悪化を抑制する。
【解決手段】排気ガスの空燃比をリッチからリーンへ変化させた場合のＡ／Ｆセンサ１２の出力特性とリーンからリッチへ変化させた場合のそれとの非対称度を算出する手段と、アルコール濃度を検出する手段と、Ｏ_２センサ１４の出力値Ｖｒと理論空燃比に対応する基準値Ｖｒｅｆｒとの出力偏差の積算値ΔＶｆに基づいて燃料噴射量に反映させる補正量Ｋｒを学習する手段と、補正量Ｋｒを所定のガード幅で制限する手段と、アルコール濃度および非対称度に応じた補正量Ｋｒの変化に対応して、ガード幅を可変に設定する手段と、を備える。好ましくは、アルコール濃度および非対称度に応じた補正量Ｋｒの変化に対応して、補正量Ｋｒの更新速度を可変に設定する手段を更に備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、アルコールを含む燃料を使用可能な内燃機関の制御装置に関する。

空燃比センサに発生する異常の一形態として非対称異常が知られている。非対称異常とは、空燃比センサの出力特性がリーンからリッチへ変化するときとリッチからリーンへ変化するときとで非対称となる異常である。図８は、空燃比センサの非対称異常を説明するための図である。尚、この図中（Ａ）は正常な空燃比センサの出力特性を、図中（Ｂ）は、非対称異常が発生した場合の出力特性を、それぞれ示している。この図中（Ａ）に示すとおり、正常な空燃比センサでは、空燃比が理論空燃比（ストイキ）を跨いでリッチからリーンへ変化したときの出力特性と反対にリーンからリッチへ変化した場合の出力特性とが対照になっている。一方、図中（Ｂ）に示すとおり、非対称異常が発生している空燃比センサでは、リッチからリーンへ変化したときの出力特性が、リーンからリッチへ変化したときの出力特性と異なる特性になっている。このような非対称異常が発生すると、空燃比の定常ズレが発生するため、エミッション特性が悪化してしまう。

上記のような空燃比センサの非対称異常に関連する技術として、特開２００９−２９９５４５号公報に開示されたものが知られている。この従来技術では、より具体的には、燃料リッチ状態から燃料リーン状態への変化した場合に、噴射した燃料量と吸気量とに基づいて推定した燃料リーン状態への変化値と空燃比センサからの信号により判定する燃料リーン状態への変化値との差分を算出し、また、逆に燃料リーン状態から燃料リッチ状態への変化した場合に、噴射した燃料量と吸気量とに基づいて推定した燃料リッチ状態への変化値と空燃比センサからの信号により判定する燃料リッチ状態への変化値との差分を算出する。そして、各処理において算出される差分の絶対値の差分が異常判定しきい値以上の場合に、空燃比センサが非対称異常であることを判定する。

特開２００９−２９９５４５号公報 特開２０００−５４８９５号公報 特開２００９−７４３８８号公報

ところで、内燃機関の空燃比制御では、触媒上流に配置された空燃比センサの出力値に基づくフィードバック制御（いわゆるメインフィードバック制御）と、触媒下流に配置された酸素センサの出力値に基づくフィードバック制御（いわゆるサブフィードバック制御）とが行われている。サブフィードバック制御では、酸素センサの出力値と理論空燃比に対応する基準値との出力偏差が求められ、そのＰＩＤ制御（或いはＰＩ制御）によって算出されたフィードバック値が燃料噴射量に反映されている。

また、サブフィードバック制御では、ＰＩＤ制御にかかる積分項を平滑化したものを学習値として学習することも行われている。この処理をサブフィードバック学習という。積分項には酸素センサの出力信号の振動が反映されているが、積分項を平滑化することによってその振動成分を減衰させることができ、積分項に含まれる定常成分のみを抽出することができる。この定常成分は、触媒に流入する排気ガスの空燃比の中心値と理論空燃比との定常的なズレに対応している。メインフィードバック制御が行われているのであれば、このズレは空燃比センサの恒常的な信号誤差に対応する。したがって、上記の定常成分を学習値として記憶しておくことで、サブフィードバック制御の開始直後でも、また、サブフィードバック制御が停止している場合でも、空燃比センサの恒常的な信号誤差を補償して触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけることが可能になる。

したがって、上記サブフィードバック学習を行うことによって、空燃比センサに非対称異常が発生した場合であってもエミッションの悪化を抑制することができる。しかしながら、学習値には誤補正を防止する目的で所定のガードが設定されている。このため、非対称異常の度合が大きい場合においては、学習値がかかるガード幅に制限されてしまうことが想定される。特に、使用燃料がアルコール燃料を含む場合においては、水素の排出量が増大するため、空燃比の定常ズレがより大きなものとなる。このため、上記従来の技術では、学習値が所定のガード幅で制限されてしまい、所望のサブフィードバック学習を行うことができないおそれがあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、アルコールを含む燃料を使用した内燃機関において、排気ガスセンサに非対称異常が発生した場合であっても、エミッション特性の悪化を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
アルコールを含む燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、
排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流に配置され、該触媒上流の排気ガスの空燃比に応じた出力を発するメイン排気ガスセンサと、
排気ガスの空燃比をリッチからリーンへ変化させた場合の前記メイン排気ガスセンサの出力特性とリーンからリッチへ変化させた場合のそれとの非対称度を算出する非対称度算出手段と、
前記触媒の下流に配置され、該触媒下流の排気ガスの空燃比に応じた出力を発するサブ排気ガスセンサと、
前記サブ排気ガスセンサの出力値と理論空燃比に対応する基準値との出力偏差の積算値に基づいて燃料噴射量に反映させる補正量を学習するサブフィードバック学習手段と、
前記補正量を所定のガード幅で制限するガード手段と、
燃料のアルコール濃度を検出する燃料性状検出手段と、
前記アルコール濃度および前記非対称度に応じた前記補正量の変化に対応して、前記ガード幅を可変に設定するガード幅制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記非対称度算出手段は、
排気ガスの空燃比を所定のリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させた場合の前記メイン排気ガスセンサの出力応答性の相関値（以下、第１相関値）を検出する手段と、
排気ガスの空燃比を前記リーン空燃比から前記リッチ空燃比へ変化させた場合の前記メイン排気ガスセンサの出力応答性の相関値（以下、第２相関値）を検出する手段と、
前記第１相関値を前記第２相関値で除算した値を前記非対称度として算出する手段と、
を含むことを特徴とする。
第２の発明は、第１または第２の発明において、
前記ガード幅制御手段は、前記アルコール濃度が高いほど前記ガード幅を拡大させることを特徴とする。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記ガード幅制御手段は、前記非対称度が大きいほど前記ガード幅を拡大させることを特徴とする。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記サブフィードバック学習手段は、
前記補正量を所定の更新速度で学習する更新手段と、
前記アルコール濃度および前記非対称度に応じた前記補正量の変化に対応して、前記更新速度を可変に設定する更新速度制御手段と、
を含むことを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、
前記更新速度制御手段は、前記アルコール濃度が高いほど前記更新速度を速めることを特徴とする。

第７の発明は、第５または第６の発明において、
前記更新速度制御手段は、前記非対称度が大きいほど前記更新速度を速めることを特徴とする。

第８の発明は、第５乃至第７の何れか１つの発明において、
前記サブフィードバック学習手段は、前記出力偏差の積算値に所定のゲインを乗算した値を前記補正量として算出する手段を含み、
前記更新速度制御手段は、
前記補正量の増大に対応して前記ゲインを増大させる手段を含むことを特徴とする。

第９の発明は、第５乃至第８の何れか１つの発明において、
前記更新速度制御手段は、
前記補正量の増大に対応して前記補正量の学習間隔を狭める手段を含むことを特徴とする。

メイン排気ガスセンサの出力特性が非対称になると、空燃比の定常ズレが発生する。また、アルコール濃度が高い燃料が使用されると、排出される水素量の増大によって定常ズレが増大する。サブ排気ガスセンサを用いたサブフィードバック学習では、出力偏差の積算値に基づいて学習された補正量を燃料噴射量に反映させることで、これらの空燃比の定常ズレが補正される。第１の発明によれば、燃料のアルコール濃度および出力特性の非対称度に応じた補正量の変化に対応して、該補正量に設けられているガードのガード幅が可変に制御される。このため、本発明によれば、サブフィードバック学習の補正量に不要な制限が科されることを抑制しつつ誤補正を有効に防止することができる。

第２の発明によれば、排気ガスの空燃比を所定のリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させた場合の出力応答性の相関値（第１相関値）と、逆にリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化させた場合の出力応答性の相関値（第２相関値）とが検出され、第１相関値を第２相関値で除算した値が非対称度として算出される。このため、本発明によれば、メイン排気ガスセンサの出力特性の非対称度を有効に算出することができる。

第３の発明によれば、燃料のアルコール濃度が高いほど、すなわち空燃比の定常ズレが大きいほど、サブフィードバック学習の補正量のガード幅が拡大される。このため、本発明によれば、誤補正を有効にガードするとともに、アルコール濃度に起因する空燃比の定常ズレに対応する補正量に不要な制限が科されることを有効に抑止することができる。

第４の発明によれば、メイン排気ガスセンサの出力特性の非対称度が大きいほど、すなわち空燃比の定常ズレが大きいほど、サブフィードバック学習の補正量のガード幅が拡大される。このため、本発明によれば、誤補正を有効にガードするとともに、出力特性の非対称度に起因する空燃比の定常ズレに対応する補正量に不要な制限が科されることを有効に抑止することができる。

第５の発明によれば、燃料のアルコール濃度および出力特性の非対称度に応じた補正量の変化に対応して、補正量の更新速度が可変に制御される。このため、本発明によれば、空燃比の定常ズレの大きさに対応して補正量の更新速度を制御することができるので、エミッションの悪化抑制とバラツキ抑制とを両立することができる。

第６の発明によれば、燃料のアルコール濃度が高いほど、すなわちサブフィードバック学習の補正量が大きいほど、補正量の更新速度が早められる。このため、本発明によれば、空燃比の定常ズレが大きい場合には補正の効果を早期に得ることによりエミッションの悪化を逸早く抑止するとともに、空燃比の定常ズレが大きい場合には確実に補正を行いエミッションのバラツキを有効に抑止することができる。

第７の発明によれば、メイン排気ガスセンサの出力特性の非対称度が大きいほど、すなわちサブフィードバック学習の補正量が大きいほど、補正量の更新速度が早められる。このため、本発明によれば、空燃比の定常ズレが大きい場合には補正の効果を早期に得ることによりエミッションの悪化を逸早く抑止するとともに、空燃比の定常ズレが大きい場合には確実に補正を行いエミッションのバラツキを有効に抑止することができる。

第８の発明によれば、補正量に乗算されているゲインを増大させることにより補正量の更新速度を有効に速めることができる。

第９の発明によれば、補正量の学習間隔を狭めることにより補正量の更新速度を有効に速めることができる。

本発明の実施の形態にかかる空燃比制御装置が適用された内燃機関の全体構成を示す図である。 本実施の形態のシステムにおいて実行されるメインフィードバック制御のルーチンを示すフローチャートである。 本実施の形態のシステムにおいて実行されるサブフィードバック制御のルーチンを示すフローチャートである。 サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒの算出マップである。 非対称度とアルコール濃度とに応じたサブＦ／Ｂ補正量のガード値を規定するマップである。 非対称度とアルコール濃度とに応じたサブＦ／Ｂ補正値のゲインＰｒを規定するマップである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンを示すフローチャートである。 空燃比センサの非対称異常を説明するための図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は本発明の実施の形態にかかる空燃比制御装置が適用された内燃機関の全体構成を示す図である。尚、この内燃機関はＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）に搭載される内燃機関であり、ガソリンを燃料として運転可能であるとともに、エタノールあるいはメタノールなどのアルコールと、ガソリンとを混合した燃料によっても運転可能なものである。

この図に示すように、エンジン本体２には排気通路４が接続されている。排気通路４には排気ガス中の有害成分（ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ）を浄化するための三元触媒６，８が２段に配置されている。上流側の三元触媒６は排気マニホールドに接近して配置され、下流側の三元触媒８は車両の床下に配置されている。

三元触媒６の上流にはＡ／Ｆセンサ（全域空燃比センサ）１２が取り付けられ、三元触媒６の下流にはＯ_２センサ（酸素センサ）１４が取り付けられている。Ａ／Ｆセンサ１２は空燃比に対してリニアな出力特性を示すセンサである。Ｏ_２センサ１４はガス中の酸素濃度に応じた信号を出力するセンサであり、空燃比に対し理論空燃比を基準にして出力値が反転する出力特性を有している。具体的には、三元触媒６の下流の排気ガスが理論空燃比に対してリッチである場合にはリッチ出力（例えば０．８Ｖ）を発し、また、その排気ガスがリーンである場合にはリーン出力（例えば０．２Ｖ）を発する。

また、本実施の形態のシステムは、燃料のアルコール濃度を検出可能な燃料性状センサ１６を備えている。燃料性状センサ１６としては、例えば、燃料の誘電率、屈折率などを測定することによってアルコール濃度を検出するものを用いることができる。

また、本実施の形態のシステムエンジンには、システム全体の運転を総合制御する制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０が設けられている。前述のＡ／Ｆセンサ１２、Ｏ_２センサ１４、および燃料性状センサ１６は、ＥＣＵ１０に接続されている。ＥＣＵ１０は、Ａ／Ｆセンサ１２及びＯ_２センサ１４の出力値に基づき、三元触媒６に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるよう燃料噴射量をフィードバック制御している。

（本実施の形態の空燃比制御）
ＥＣＵ１０により実行される空燃比制御は、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御とからなる。メインフィードバック制御では、Ａ／Ｆセンサ１２の出力信号と理論空燃比との偏差に基づき、燃料噴射量の計算に反映させるフィードバック値（メインＦ／Ｂ補正量）が算出される。サブフィードバック制御では、Ｏ_２センサ１４の出力信号と基準信号との偏差に基づき、燃料噴射量の計算に反映させるフィードバック値（サブＦ／Ｂ補正量）が算出される。以下、本実施の形態にかかるフィードバック制御およびサブフィードバック制御の内容について具体的に説明する。

（メインフィードバック制御）
先ず、メインフィードバック制御の内容について具体的に説明する。図２は、本実施の形態のシステムにおいて実行されるメインフィードバック制御のルーチンを示すフローチャートである。尚、この図に示すルーチンは、例えば、一定のクランク毎などの所定の処理サイクル毎に周期的に実行されるものである。

図２に示すルーチンでは、先ず、燃焼室内混合気の空燃比をストイキとするような基本の噴射量Ｑｂが算出される（ステップ１００）。次に、Ａ／Ｆセンサ１２の出力Ｖｆが検出される（ステップ１０２）。次に、上記ステップ１０２において検出された出力Ｖｆと、理論空燃比（ストイキ）に対応するセンサ出力Ｖｒｅｆｆとの出力差ΔＶｆ（＝Ｖｆ−Ｖｒｅｆｆ）が算出される（ステップ１０４）。

次に、算出された出力差ΔＶｆに所定のゲインＰｆを乗算することにより、メインＦ／Ｂ補正量Ｋｆ（＝Ｐｆ×ΔＶｆ）が算出される（ステップ１０６）。次に、上記ステップ１００において算出された基本噴射量Ｑｂ、上記ステップ１０６において算出されたメインＦ／Ｂ補正量Ｋｆ、および後述するサブフィードバック制御において算出されたサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒを次式（１）に代入することにより、最終燃料噴射量Ｑｆｎｌが算出される（ステップ１０８）。
Ｑｆｎｌ＝Ｋｆ×Ｑｂ＋Ｋｒ ・・・（１）

上述したメインフィードバック制御によれば、センサ出力Ｖｆが理論空燃比に対応するセンサ出力Ｖｒｅｆｆより大きい（ΔＶｆ＞０）ほど、すなわち実際の触媒前空燃比がストイキからリーン側に離れるほど、より大きな補正量Ｋｆが算出されるので、基本噴射量Ｑｂは増量補正される。また、反対にセンサ出力Ｖｆがセンサ出力Ｖｒｅｆｆより小さい（ΔＶｆ＜０）ほど、すなわち実際の触媒前空燃比がストイキからリッチ側に離れるほど、より小さな補正量Ｋｆが算出されるので、基本噴射量Ｑｂは減量補正される。このように、メインフィードバック制御では、Ａ／Ｆセンサ１２によって検出された空燃比が理論空燃比に一致するように燃料噴射量が増減される。

（サブフィードバック制御）
次に、サブフィードバック制御の内容について具体的に説明する。図３は、本実施の形態のシステムにおいて実行されるサブフィードバック制御のルーチンを示すフローチャートである。尚、この図に示すルーチンは、例えば、一定のクランク毎などの所定の処理サイクル毎に周期的に実行されるものである。

図３に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ１０に装備されたタイマのカウントが開始される（ステップ２００）。次に、Ｏ_２センサ１４のセンサ出力Ｖｒが検出される（ステップ２０２）。次に、センサ出力Ｖｒと理論空燃比に対応するセンサ出力Ｖｒｅｆｒとの出力差ΔＶｒ（＝Ｖｒｅｆｒ−Ｖｒ）が算出されて、この出力差ΔＶｒが前回積算値に積算される（ステップ２０４）。

次に、タイマ値が所定値ｔｓを超えたか否かが判断される（ステップ２０６）。その結果、タイマ値が所定値ｔｓを超えていない場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、本ステップ２０６において、タイマ値が所定値ｔｓを超えている場合には、次のステップに移行し、この時点での出力差積算値ΣΔＶｒが、学習値ΔＶｒｇとして更新記憶される（ステップ２０８）。

次に、記憶された学習値ΔＶｒｇに所定のゲインＰｒを乗算することにより、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ（＝Ｐｒ×ΔＶｒｇ）が更新される（ステップ２１０）。次に、出力差積算値ΣΔＶｒおよびタイマがリセットされる（ステップ２１２）。更新されたサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒは、上記ステップ１０８において上式（１）に代入される。これにより、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒを最終燃料噴射量Ｑｆｎｌに反映させることができる。

尚、センサ出力差ΔＶｒを所定時間ｔｓの間積算する理由は、センサ出力Ｖｒのセンサ出力Ｖｒｅｆｒに対する定常的なズレ量（定常ズレ）を検知するためである。積算時間を規定する所定値ｔｓは１エンジンサイクルより遙かに長い時間に設定されている。したがって、学習値ΔＶｒｇおよびサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒの更新は１エンジンサイクルより遙かに長い周期で行われる。

また、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒは、図４に示すマップから算出することとしてもよい。図４は、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒの算出マップである。このマップに示すとおり、センサ出力Ｖｒが時間平均的に理論空燃比に対応するセンサ出力Ｖｒｅｆｒより小さい（ΔＶｒｇ＞０）ほど、すなわち実際の触媒後空燃比がストイキからリーン側に離れるほど、０に対しより大きなサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒが得られ、最終噴射量算出の際に基本噴射量Ｑｂは増量補正される。反対に、センサ出力Ｖｒが時間平均的にセンサ出力Ｖｒｅｆｒより大きい（ΔＶｒｇ＜０）ほど、すなわち実際の触媒後空燃比がストイキからリッチ側に離れるほど、０に対しより小さな補正量Ｋｒが得られ、基本噴射量Ｑｂは減量補正される。

（本実施の形態の特徴）
次に、本実施の形態の特徴について説明する。本実施の形態のサブフィードバック制御では、誤補正が実行されることを防止するために、制御量が所定のガード範囲内に制限されるようになっている。より具体的には、図４に示すように、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒは上下のガード値範囲内の値しかとることができない仕組みになっている。このため、例えば、計算上のサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒが上限のガード値以上になった場合であっても、制御上のサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒは上限ガード値に固定される。ガード範囲は、誤補正の実行を制限するための学習値の範囲として、予め設定された値が使用される。

ここで、Ａ／Ｆセンサ１２の出力に図８に示すような非対称異常が発生すると、理論空燃比に対応するセンサ出力Ｖｒｅｆｆが真値からずれてしまう。このため、上述したメインフィードバック制御においてセンサ出力Ｖｆがセンサ出力Ｖｒｅｆｆ近傍に収束したとしても、実際の空燃比には定常的なズレが発生してしまう。

サブフィードバック制御では、上述したとおり、センサ出力Ｖｒのセンサ出力Ｖｒｅｆｒに対する定常ズレを検出して補正することができる。したがって、非対称異常が発生しているＡ／Ｆセンサ１２を用いてメインフィードバック制御を実行し、これにより定常ズレが発生した場合であっても、サブフィードバック制御によってこの定常ズレを有効に補正することができる。

しかしながら、Ａ／Ｆセンサ１２のセンサ出力の非対称度が大きくなるほど、上述した定常ズレは大きくなる。このため、非対称度の程度によっては、計算上のサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒが上下のガード値の範囲外となってしまい、ガードの効果によって十分なサブフィードバック補正を行うことができないことも想定される。

特に、本実施の形態のエンジンでは、アルコールを含む燃料が使用される。アルコール濃度が高いと排気ガス中の水素量が増加するため、Ａ／Ｆセンサ１２の出力はリッチ側にずれる。このため、この水素の影響も補正する本実施の形態のフィードバック制御では、計算上のサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒが上下のガード値を超えてしまうことが十分に想定される。一方において、ガード値は誤補正を防止するために設けられているものであるから、闇雲にガードを緩くすることは賢明でない。

そこで、本実施の形態のシステムでは、燃料のアルコール濃度及びＡ／Ｆセンサ１２の非対称度に応じて、サブフィードバックにおいて設けられるガード値の範囲を可変に制御することとする。図５は、非対称度とアルコール濃度とに応じたサブＦ／Ｂ補正量のガード値を規定するマップである。この図に示すとおり、サブＦ／Ｂ補正値のガード値は、アルコール濃度が高いほどおよびＡ／Ｆセンサ１２のセンサ出力の非対称度が大きくなるほど大きな値に設定される。これにより、定常ズレが大きくなるほど、サブＦ／Ｂ補正値のガード値を大きな値に設定することができるので、サブフィードバック制御が不要に制限されてしまう事態を有効に抑止することができる。

尚、上述したとおり、サブフィードバック制御では、センサ出力Ｖｒのセンサ出力Ｖｒｅｆｒに対する定常的なズレ量（定常ズレ）を検知するために、センサ出力差ΔＶｒを所定時間ｔｓの間積算することとしている。このため、サブＦ／Ｂ補正値Ｋｒは、所定時間ｔｓ毎に更新されることとなる。しかしながら、Ａ／Ｆセンサ１２に非対称異常が発生している場合においては、サブフィードバック制御の更新速度を上げてエミッション悪化を逸早く抑制することが好ましい。但し、センサ出力が正常な場合にサブフィードバック制御の更新速度を上げるとエミッションのバラツキを増大させる要因になる。

そこで、本実施の形態のシステムでは、Ａ／Ｆセンサ１２の非対称度および燃料のアルコール濃度に応じて、サブフィードバック制御の更新速度を可変に設定することとする。更新速度を速めるための具体的な方法としては、例えば、センサ出力差ΔＶｒの積算時間ｔｓ、すなわち学習間隔を狭くする方法や、サブＦ／Ｂ補正値ＫｒのゲインＰｒを大きくする方法等が考えられる。図６は、非対称度とアルコール濃度とに応じたサブＦ／Ｂ補正値のゲインＰｒを規定するマップである。この図に示すとおり、サブＦ／Ｂ補正値のゲインＰｒは、アルコール濃度が高いほどおよびＡ／Ｆセンサ１２のセンサ出力の非対称度が大きくなるほど大きな値に設定される。これにより、Ａ／Ｆセンサ１２のセンサ出力の定常ズレが大きくなるほど、サブＦ／Ｂ補正値ＫｒのゲインＰｒを大きくすることができるので、センサ出力が正常な場合のバラツキ増加の防止と、センサ出力に非対称異常が発生している場合の迅速なサブフィードバックの反映とを両立することができる。

尚、図６に示すマップでは、非対称度とアルコール濃度とに応じたサブＦ／Ｂ補正値のゲインＰｒを規定することとしているが、ゲインＰｒに替えて上述した学習間隔を規定することとしてもよい。この場合、アルコール濃度が高いほどおよびＡ／Ｆセンサ１２のセンサ出力の非対称度が大きくなるほど学習間隔が狭くなるように規定することで、更新速度を有効に制御することができる。

［実施の形態１の具体的な処理］
次に、図７を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。まず、図７は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ１０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。図７に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。

図７に示すルーチンでは、先ず、フィードバック条件の成立有無が判定される(ステップ３００)。ここでは、具体的には、Ａ／Ｆセンサ１２およびＯ２センサ１４が活性したか否かが判断される。その結果、フィードバック条件が成立していないと判断された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、上記ステップ１００においてフィードバック条件が成立していると判断された場合には、次のステップに移行し、Ａ／Ｆセンサ１２の非対称度が取得される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、後述するステップ３０８から３１８において算出されて学習値として保存されていた非対称度が読み込まれる。

次に、燃料性状センサ１６の検出信号に基づいて、燃料のアルコール濃度が検出される（ステップ３０４）。次に、燃料噴射制御の制御量が変更される（ステップ３０６）。ここでは、具体的には、先ず、図５に示すマップを用いて、上述した上記ステップ３０２および３０４において取得されたＡ／Ｆセンサ１２の非対称度および燃料のアルコール濃度に対応するサブフィードバック補正量のガード値が算出される。また、上記ステップ３０６では、図６に示すマップを用いて、上述した上記ステップ３０２および３０４において取得されたＡ／Ｆセンサ１２の非対称度および燃料のアルコール濃度に対応するサブフィードバック制御のゲインＰｒが算出される。

次に、アクティブ制御の実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ３０８）。アクティブ制御を実行条件としては、例えば、吸入空気量が所定量に達しているか否か等が挙げられる。その結果、アクティブ制御の実行条件が成立していないと判断された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、上記ステップ３０８において、アクティブ制御の実行条件が成立していると判断された場合には、次のステップに移行し、制御目標空燃比をストイキに対してリッチ側（またはリーン側）からリーン側（またはリッチ側）に強制的に変化させる噴射量のアクティブ制御が実行される（ステップ３１０）。

次に、他の制御から非対称度の推定を禁止するフラグが出されていないか否か、およびアクティブ制御が連続的に１回実行されたか否かが判定される（ステップ３１２）。その結果、この成立が認められない場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、上記ステップ３１２において、判定の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、判定値が算出される（ステップ３１４）。ここでは、具体的には、先ず、制御目標空燃比を
所定のリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させた場合のＡ／Ｆセンサ１２の応答時間、および反対に所定のリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化させた場合のＡ／Ｆセンサ１２の応答時間がそれぞれ算出される。そして、算出された応答時間を次式（２）に代入することにより、非対称度の判定値が算出される。
非対称度判定値＝｜リッチ→リーン応答時間／リーン→リッチ応答時間｜・・・（２）

次に、アクティブ制御の実施回数が所定回数（例えば５回）以上か否かが判定される（ステップ３１６）。その結果、アクティブ制御の実施回数が未だ所定回数に達していない場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、本ステップ３１６において、判定成立が認められた場合には、次のステップに移行し、非対称度の算出および学習処理が実施される（ステップ３１８）。ここでは、具体的には、上記ステップ３１４において算出された過去５回分の非対称度判定値の平均値が最新の非対称度として更新される。更新された非対称度は、上記ステップ３０２において使用される。

以上説明したとおり、本実施の形態１のシステムによれば、Ａ／Ｆセンサ１２の非対称度および燃料のアルコール濃度に応じたサブＦ／Ｂ補正値Ｋｒの変化に対応して、当該サブＦ／Ｂ補正値のガード値を可変に設定することができる。これにより、センサ出力の非対称異常に起因する定常ズレの補正が不要に制限されることを抑止することができるので、エミッションの悪化を有効に抑止することができる。

また、本実施の形態１のシステムによれば、Ａ／Ｆセンサ１２の非対称度および燃料のアルコール濃度に応じたサブＦ／Ｂ補正値Ｋｒの変化に対応して、当該サブＦ／Ｂ補正値の更新速度を可変に設定することができる。これにより、センサ出力の非対称異常に起因する定常ズレの補正を迅速に行うことができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムでは、図５に示すマップに従いサブＦ／Ｂ補正値のガード値を可変に設定することとしているが、燃料のアルコール濃度及びＡ／Ｆセンサ１２の非対称度に応じたガード値の関数を規定し、当該関数に基づいてガード値を設定することとしてもよい。また、サブＦ／Ｂ補正値の更新速度についても同様で、図６に示すマップに限らず、燃料のアルコール濃度及びＡ／Ｆセンサ１２の非対称度に応じた学習間隔或いはゲインＰｒの関数を規定し、当該関数に基づいて更新速度を設定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１のシステムでは、Ａ／Ｆセンサ１２の応答特性を示す値として、所定のリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させた場合のＡ／Ｆセンサ１２の応答時間を使用しているが、例えばディレイ時間やセンサの軌跡長或いは面積等に代表される他の応答特性の相関値を使用することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、三元触媒６が前記第１の発明における「触媒」に、Ａ／Ｆセンサ１２が前記第１の発明における「メイン排気ガスセンサ」に、Ｏ_２センサ１４が前記第１の発明における「サブ排気ガスセンサ」に、Ｖｒｅｆｒが前記第１の発明における「基準値」に、ΔＶｒが前記第１の発明における「出力偏差」に、ΣΔＶｒが前記第１の発明における「積算値」に、Ｋｒが前記第１の発明における「補正量」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ１０が、上記ステップ３０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「非対称度算出手段」が、上記ステップ２００〜２１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「サブフィードバック学習手段」が、上記ステップ３０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「燃料性状検出手段」が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ガード幅制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、リッチ→リーン応答時間が前記第２の発明における「第１相関値」に、リーン→リッチ応答時間が前記第２の発明における「第２相関値」に、それぞれ相当している。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ１０が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第５の発明における「更新手段」が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「更新速度制御手段」が、それぞれ実現されている。

尚、上述した実施の形態１においては、ゲインＰｒが前記第８の発明における「ゲイン」に相当している。

２ エンジン（内燃機関）
４ 排気通路
６ 三元触媒（Ｓ／Ｃ）
８ 三元触媒（Ｕ／Ｆ）
１０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
１２ Ａ／Ｆセンサ
１４ Ｏ_２センサ
１６ 燃料性状センサ

Claims (9)

1. アルコールを含む燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、
   排気通路に配置された触媒と、
   前記触媒の上流に配置され、該触媒上流の排気ガスの空燃比に応じた出力を発するメイン排気ガスセンサと、
   排気ガスの空燃比をリッチからリーンへ変化させた場合の前記メイン排気ガスセンサの出力特性とリーンからリッチへ変化させた場合のそれとの非対称度を算出する非対称度算出手段と、
   前記触媒の下流に配置され、該触媒下流の排気ガスの空燃比に応じた出力を発するサブ排気ガスセンサと、
   前記サブ排気ガスセンサの出力値と理論空燃比に対応する基準値との出力偏差の積算値に基づいて燃料噴射量に反映させる補正量を学習するサブフィードバック学習手段と、
   前記補正量を所定のガード幅で制限するガード手段と、
   燃料のアルコール濃度を検出する燃料性状検出手段と、
   前記アルコール濃度および前記非対称度に応じた前記補正量の変化に対応して、前記ガード幅を可変に設定するガード幅制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記非対称度算出手段は、
   排気ガスの空燃比を所定のリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させた場合の前記メイン排気ガスセンサの出力応答性の相関値（以下、第１相関値）を検出する手段と、
   排気ガスの空燃比を前記リーン空燃比から前記リッチ空燃比へ変化させた場合の前記メイン排気ガスセンサの出力応答性の相関値（以下、第２相関値）を検出する手段と、
   前記第１相関値を前記第２相関値で除算した値を前記非対称度として算出する手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記ガード幅制御手段は、前記アルコール濃度が高いほど前記ガード幅を拡大させることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ガード幅制御手段は、前記非対称度が大きいほど前記ガード幅を拡大させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記サブフィードバック学習手段は、
   前記補正量を所定の更新速度で学習する更新手段と、
   前記アルコール濃度および前記非対称度に応じた前記補正量の変化に対応して、前記更新速度を可変に設定する更新速度制御手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記更新速度制御手段は、前記アルコール濃度が高いほど前記更新速度を速めることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記更新速度制御手段は、前記非対称度が大きいほど前記更新速度を速めることを特徴とする請求項５または６記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記サブフィードバック学習手段は、前記出力偏差の積算値に所定のゲインを乗算した値を前記補正量として算出する手段を含み、
   前記更新速度制御手段は、
   前記補正量の増大に対応して前記ゲインを増大させる手段を含むことを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記更新速度制御手段は、
   前記補正量の増大に対応して前記補正量の学習間隔を狭める手段を含むことを特徴とする請求項５乃至８の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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